Δ点击上方蓝色字关注 21Dianyuan
* 本文是21Dianyuan 社区参赛作品,作者westbrook,感谢作者的辛勤工作。
我们知道,电压外环输出直流电压稳定,供后电路使用(如 Three Level LLC、PS Interleave LLC、PSFB 等),电流内环获得接近正弦的输入电流,以满足 THD 和 PF 值要求。

事实上,数字控制只不过是将模拟方案转换为数字操作,其中最经典的可以参考 TI 的 UC3854利用其控制思想实现数字化。

PFC 母线输出电压采样滤波DSP 的 ADC 采样到 DSP 内部与电压给定信号进行比较,产生误差后通过 Gvc(s) 补偿后输出一个 A 信号,然后通过乘法器与 沟通AC 电压相乘得到电流的给定信号。正是这种乘法器的作用确保了输入电压电流的相位,使电源输入端 PF 值接近1;
将采样的电感电流波形与电流给定进行比较,得出误差,通过 Gic(s) 补偿器得到电流环的输出值,直接与三角波调制,得到 PWM 波形,控制电压和电流;下图可简化一般控制框图;

? Gcv(s) 电压环补偿函数
?Gci(s) 是电流环的补偿函数
?Hi(s) 电流环采样函数
?Hv(s) 是电压环采样函数
?Gigd(s) D 的函数
传统单相有桥 PFC 中,一般把 PFC 电容器的负极作为控制 AGND,由于该点的电压通过整流桥输入 L、N 相连。
? 输入为半周时,AGND 整流桥钳位于 N 线;
?输入为负半周时,AGND 整流桥钳位于 L 线;
因此,母线电容器的负极 AGND(相当于 PE)这是工频的变化,因为输入通常是50Hz 交流电相对稳定,可作为控制电路的控制地。
但相比 Vienna PFC 不同。母线电容的中点相对于工频电压的中点 (PE) 是开关级5电平高频变化的电平:±2/3Vo、0、±1/3Vo(这里的 Vo 代表母线电压的一半,典型值为400V),如果采用如此大的高频波动作为控制,噪声和共模干扰将非常大,可能导致采样电压和驱动不准确,严重影响电路的可靠性。
在三相输入之间通过分压电阻连接,然而,在建立这个控制地后,所有其他采样和驱动程序都应以差异化和隔离的方式工作。
这种方法是否完美地将电容中点 O 控制地 AGND 分离避免了高频剧烈变化带来的干扰。

我们知道,三相 Vienna PFC 拓扑母线电压8000V 由两个电容器组成C1 和 C2 串联分压,电容中点电位 O 由电容器的充放电决定,两个电容器的电压应保持平衡,以保持三个电平的真实运行条件。否则,输出电压可能包含意想不到的谐波,甚至影响电路的完整性。
① 输入电流 THD② 电源开关管和二极管的应力 (本身和后功率电路)③ 动态时,母线电容易过压
PFC 正负母线电容器的充放电过程与附件开关状态有关,a 组和 z 组没有电流流入或流出电容器中点,因此两个电容器的充放电相同,不会产生偏压。b、c、d 组的开关状态会影响 PFC 母线电容充放电的差异导致偏压。
根据以前的工作原理进行分析,POP 工作状态只给电容C1 充电,ONO 工作状态只给电容C2 充电,可根据这两种工作状态控制中点电位,控制时可调节 ONO 和 POP 均压是两个工作状态的作用时间。


这个时候可以在整个控制环路中添加一个偏压环,用于调节 ONO 和 POP 用于母线电压均压。
对正母线和负母线进行采样,然后得出差值 (DC分量)。差值经偏压环补偿器调整后叠加至输入电流参考正弦波。精确整流后,变为振幅不同的双半波作为电流环的给定,以改变 ONO 和 POP改善 作用时间PFC 母线均压。

如下图所示:compa、compb 和 compc 以0计算每相电流环的结果~以30度扇区为例,当正母线相对于中点的电压低于负母线时,正半波的给定变小,负半波的给定变大,POP 工作时间长,正母线电容充电时间长;
ONO 工作时间缩短,负母线电容器充电时间缩短。当正母线的电压高于中点的负母线时,正半波的给定变大,负半波的给定变小,POP 作用时间长,正母线电容充电时间短,ONO 作用时间长,负母线充电时间长。
图中 comp 值实线代表上一个周期的值,虚线代表周期所需的值;阴影部分代表变化时间;

上述说明主功率回路正常工作时可通过调节控制 PFC 母线电容的均压,但模块启动时呢?
可直接从 4000直接使用辅助电源V~-400V 之间进行取电,由于电容有差异性,内阻不可能完全相等,也会差生偏压。
另一种是使用更高级别的 MOSFET,成本高,现在充电模块的待机损耗也是一个问题,很多客户要求模块的待机损耗不能超过多少。
当然还有另一种辅助电源取电方式,也是现在厂家主流的方式。就是正负母线均挂一个辅助电源,在起机的时候通过充电电阻给母线电容充电,变压器采用绕组竞争的方式,谁的母线电压高,就采用谁供电,这样可以很好的保证模块在起机过程中的均压效果;在模块正常工作起来以后,也是同样的道理。而直接从 800V 取电没有这种效果。


输入电流波形,参数没有调好,将就着看吧。

输三相电流波形
输入线电压峰值与 PFC 总母线电压的比值定义为调制系数 m,m=Vlp/2Ed; 其中 Vlp 是线电压的峰值。
整流器可以被认为是与市电通过 PFC 电感连接的电压源,为了使输入电流正弦,桥臂中点线电压也应该为正弦波形。
而实际情况下桥臂中点线电压是正弦 PWM 波形,。
① 当输入线电压峰值大于 Ed 时,桥臂中点线电压电压波形 euv,是一个5阶梯的电压波形,幅值为0,±400V,±800V,步进是400V;

② 当输入线电压峰值小于 Ed 时,桥臂中线线电压波形是一个3阶梯的电压波形,幅值为0,±400V,步进为400V;

桥臂中点相对于市电中点的电压波形 eun,是一个9阶梯的电压波形;幅值为0,±133V,±266V,±400V,最小步进是133V,最大步进是266V;由于功率开关管和散热器之间有寄生电容,这个阶梯信号会产生共模噪声;

电容中点 O 相对于市电中点的电压波形 eon,是一个5阶梯波形,幅值为0,±133V,±266V,步进为133V;



到此为止,原理性的和控制相关的内容基本写完了,后续如果有需要,再进行补充。一般像这种复杂点的拓扑,模拟控制是比较难实现,在实际调试过程中也会遇到很多问题,不知道论坛里面有没有兄弟实现?如果有实现的,是否方便一起探讨?

小编


汇总 | 2018年技术文章优选
三相维也纳 (Vienna) 主拓扑原理、控制及仿真 (上)
干货 | 16条开关电源工作小技巧
图解 | 环路设计与控制技术
探讨 | 一种利用漏感储能的正反激电路
传导超标整改 | 分析、建模、验证

